[发明专利]基于高精度重力模型的车载激光惯导系统自标定方法

权利要求书

1.基于高精度重力模型的车载激光惯导系统自标定方法，其特征在于，采用基于高精度重力模型的车载激光惯导系统进行实施，基于高精度重力模型的车载激光惯导系统，包括速度测量设备VMS(1)、激光陀螺惯性导航系统(3)、重力模型参数模块(6)、高精度GNSS(7)；激光陀螺惯性导航系统(3)连接捷联惯性导航算法更新模块(4)；激光陀螺惯性导航系统(3)角速度输出连接VMS速度计算模块(2)，VMS速度计算模块(2)连接速度测量设备VMS(1)；所述重力模型参数模块(6)连接重力计算模块(8)；所述高精度GNSS(7)连接所述重力计算模块(8)，高精度GNSS(7)位置输出值与捷联惯性导航算法更新模块(4)位置输出值进行做差运算后连接车载标定滤波误差计算模块(5)；所述重力计算模块(8)连接捷联惯性导航算法更新模块(4)；所述VMS速度计算模块(2)VMS速度输出与捷联惯性导航算法更新模块(4)速度输出做差后连接车载标定滤波误差计算模块(5)；车载标定滤波误差计算模块(5)连接标定判定模块(9)；所述激光陀螺惯性导航系统(3)包括激光陀螺和挠性加速度计；

具体步骤为：

步骤1：速度测量设备VMS(1)测量载车的车体速度设测速设备单位时间输出的脉冲为则载体系下的速度矢量

其中，k_VMS为测速设备的刻度系数；

步骤2：根据激光陀螺惯性导航系统(3)输出的角速度和速度测量设备VMS输出的车体速度进行航位推算，输出导航坐标系下的VMS速度计算公式如下：

其中，姿态矩阵的更新过程可以在捷联惯性导航算法更新模块(4)中直接获得；

步骤3：激光陀螺惯性导航系统(3)输出载体坐标系下的角速度和加速度然后采用线性误差模型对输出脉冲进行标定补偿，即

其中，分别为陀螺仪、加速度计温补后的输出脉冲；K_G、K_A分别为陀螺仪、加速度计的标定安装矩阵；ε^b表示陀螺零偏，为加速度计的零位；

步骤4：捷联惯性导航算法更新模块(4)根据输入的角速度加速度和重力补偿值δgⁿ进行导航解算，实现速度和位置的更新输出；

所述步骤4中导航算法要求跑车方式为闭合路径行车；

其中

其中，L,λ,h分别为载体所在的纬度、经度和高度；下标E、N、U表示沿当地坐标系的东向、北向和天向；R_M、R_N分别为载体所在当地子午圈和卯酉圈半径；速度和位置的初始值由GNSS提供；姿态矩阵通过捷联惯性导航系统自对准完成；为通过标准重力模型计算得到的重力值，其计算公式采用WGS-84模型

这里，的计算单位为m/s²；

步骤5：在车载标定滤波误差计算模块中，惯性导航速度与VMS速度做差后得到速度误差δvⁿ，惯性导航位置与GNSS提供位置做差后得到位置量测δpⁿ，车载标定滤波误差计算模块根据速度误差δvⁿ和位置误差δpⁿ，采用最优Kalman滤波技术实时估计系统的状态变量更新协方差矩阵

步骤6：在重力计算模块中，保存全球高阶重力模型的缔合勒让德球谐参数，单位化后的参数包括且

式中，为高阶球谐重力模型的勒让德参数；为WGS-84正常地球引力勒让德参数，n在这里只取有限阶偶数项n≤10；

步骤7：高精度GNSS可实时为载车提供高精度的位置信息和秒脉冲信号，秒脉冲信号用于同步惯性导航系统与GNSS的时间；GNSS输出相对惯性导航的延迟时间

δt＝t_GNSS-t_PPS

式中，t_GNSS为惯性导航接收到GNSS发送的位置信息数据帧的时刻；t_PPS为这一帧位置数据对应的秒脉冲时，显然δt≥0；

步骤8：重力计算模块，根据重力模型参数模块和计算得到的重力补偿值δgⁿ；

其中

其中，重力补偿值计算中的勒让德参数存放在重力模型参数模块(6)当中；

步骤9：标定判定模块(9)输出并保存当前时刻的估计值类似的，ε^b、的所有误差状态都小于门限且滤波时间t1h时，则标定过程结束，标定得到参数可发送给上位机或存储在惯性导航系统的内部flash上。